【技术实现步骤摘要】
本申请属于脉冲神经元器件，具体涉及一种磁性脉冲神经元器件及其应用。
技术介绍
1、随着人工智能理论的不断完善和技术的不断发展，现有计算设备的算力和能效逐渐不能满足人工智能领域持续发展的需求。目前，主流芯片均是基于存算分离的冯诺伊曼架构，在算力和能效提升上天然存在着瓶颈。而人脑有着由上千亿个神经元和上百万亿个突触组成的脑神经网络完成各种复杂任务，功耗仅有24瓦特。为此，人们开始模拟大脑的工作机制，探索高算力、高能效、类脑的神经形态计算。类脑神经形态计算需要依托神经网络架构来实现，讨论和研究最多的是人工神经网络(ann)和脉冲神经网络(snn)。相比于ann处理的是连续值信息，snn通过时间维度上离散的脉冲序列相互通讯，具有更低的能耗，并且有利于处理复杂、稀疏和嘈杂的时空信息数据。
2、神经网络进行的神经形态计算所依赖的硬件系统主要包括人工神经元和人工突触，其中，人工神经元用于对输入信号进行处理。现有的基于磁性隧道结的自旋神经形态器件利用其自旋二极管效应、振荡器特性以及随机翻转特性可以从硬件底层实现ann中神经元的relu、sigmoid等非线性激活函数的功能，但无法适用于snn中直接输出脉冲信号。为了实现snn中神经元的功能，现有技术将利用cmos技术构建的神经元、电容、电感、加法器、比较器以及相应定制的电路相结合以实现脉冲信号的输出。这种技术需要使用多个器件实现一个神经元的功能，计算量、功耗和面积较大，不能满足人工智能领域对芯片减小尺寸和降低功耗的要求。
技术实现思路
2、为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种磁性脉冲神经元器件，包括：
3、磁性隧道结，用于响应于驱动电信号发射尖峰脉冲电信号，所述磁性隧道结包括依次层叠设置的盖帽层、磁性自由层、势垒层、钉扎层以及反铁磁层，所述磁性自由层的磁化方向为面内取向；
4、第一电极层，布置在所述磁性隧道结一侧；
5、第二电极层，布置在所述磁性隧道结另一侧，所述第二电极层用于和所述第一电极层配合向所述磁性隧道结输入所述驱动电信号；
6、其中，所述盖帽层和所述磁性自由层之间形成有大热阻交界面，所述大热阻交界面用于在所述驱动电信号作用下产生热量累计，以通过热效应产生热驱动自旋转移动力矩和热噪声，所述磁性自由层的磁化方向在所述热驱动自旋转移动力矩和所述驱动电信号产生的电驱动自旋转移动力矩作用下连续翻转，以产生尖峰脉冲电信号，所述尖峰脉冲电信号在所述热噪声的作用下具有一定的随机性。
7、在一个或多个实施方式中，所述驱动电信号为直流电压信号，且所述驱动电信号的电压强度小于或者等于5v。
8、在一个或多个实施方式中，所述驱动电信号为脉冲电压信号，且所述驱动电信号的电压强度小于或者等于5v，信号频率小于或者等于1ghz。
9、在一个或多个实施方式中，所述盖帽层的材质为mgo、pt、irmn、mgo/w/mgo中的一种或多种组合，所述盖帽层的厚度为0.01～10nm。
10、在一个或多个实施方式中，所述磁性自由层的材质为co20fe60b20、nife、feb、py、co、cofe、fept、co/ni中的一种或多种组合，所述磁性自由层的厚度为0.1～20nm。
11、在一个或多个实施方式中，所述势垒层的材质为mgo、al2o3、mgal2o4、tio2中的一种或多种组合，所述势垒层的厚度为0.5～10nm。
12、在一个或多个实施方式中，所述钉扎层的材质为co40fe40b20/ru/co70fe30、feb、py、co、cofe、fept、co/ni中的一种或多种组合，所述钉扎层的厚度为0.1～20nm。
13、在一个或多个实施方式中，所述第一电极层和第二电极层的材质为ta、ru、mo、pt、al、w、cu、cun、au、cr、ti、ni、pb、tmdcs、sic、moo2、ito、ti3c2tx、石墨烯中的一种或多种组合，所述第一电极层和第二电极层的厚度为5～200nm。
14、在一个或多个实施方式中，还包括磁场产生装置，所述磁场产生装置用于基于输入的控制电信号来产生外置磁场，以调控所述磁性自由层的磁化方向翻转，辅助实现尖峰脉冲电信号的输出。
15、为了实现上述目的，本申请第二方面提供了一种上述任一实施方式所述的磁性脉冲神经元器件在脉冲神经网络中作为脉冲神经元的应用。
16、区别于现有技术，本申请的有益效果是：
17、本申请的磁性脉冲神经元器件可在外加直流电压或脉冲电压的激发下产生可被调制的尖峰脉冲信号，无需和其他cmos器件组合，可独立实现脉冲神经网络中神经元的功能，显著节省面积并降低功耗；
18、本申请的磁性脉冲神经元器件具有能对脉冲电压产生响应的特性，可被利用于构建一个可扩展的尖峰神经网络；还可以被集成进cmos系统中，降低使用此器件构建的神经形态芯片的制作成本。
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1.一种磁性脉冲神经元器件，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述驱动电信号为直流电压信号，所述驱动电信号的电压强度小于或者等于5V。
3.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述驱动电信号为脉冲电压信号，所述驱动电信号的电压强度小于或者等于5V，信号频率小于或者等于1GHz。
4.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述盖帽层的材质为MgO、Pt、IrMn、MgO/W/MgO中的一种或多种组合，所述盖帽层的厚度为0.01～10nm。
5.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述磁性自由层的材质为Co20Fe60B20、NiFe、FeB、Py、Co、CoFe、FePt、Co/Ni中的一种或多种组合，所述磁性自由层的厚度为0.1～20nm。
6.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述势垒层的材质为MgO、Al2O3、MgAl2O4、TiO2中的一种或多种组合，所述势垒层的厚度为0.5～10nm。
7.根据
8.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述第一电极层和第二电极层的材质为Ta、Ru、Mo、Pt、Al、W、Cu、CuN、Au、Cr、Ti、Ni、Pb、TMDCs、SiC、MoO2、ITO、Ti3C2Tx、石墨烯中的一种或多种组合，所述第一电极层和第二电极层的厚度为5～200nm。
9.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，还包括磁场产生装置，所述磁场产生装置用于基于输入的控制电信号来产生外置磁场，以调控所述磁性自由层的磁化方向翻转，辅助实现尖峰脉冲电信号的输出。
10.一种权利要求1至9任一所述的磁性脉冲神经元器件在脉冲神经网络中作为脉冲神经元的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种磁性脉冲神经元器件，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述驱动电信号为直流电压信号，所述驱动电信号的电压强度小于或者等于5v。
3.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述驱动电信号为脉冲电压信号，所述驱动电信号的电压强度小于或者等于5v，信号频率小于或者等于1ghz。
4.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述盖帽层的材质为mgo、pt、irmn、mgo/w/mgo中的一种或多种组合，所述盖帽层的厚度为0.01～10nm。
5.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述磁性自由层的材质为co20fe60b20、nife、feb、py、co、cofe、fept、co/ni中的一种或多种组合，所述磁性自由层的厚度为0.1～20nm。
6.根据权利要求1所述的磁性脉冲神经元器件，其特征在于，所述势垒层的材质为mgo、al2o3、mgal2o4、tio2中的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾中明，罗仁涓，方彬，刘澍晖，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
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